[实用新型]一种超声波传感器

说明书

本实用新型公开了一种超声波传感器，包含：一承载体，具有隔着该承载体相对的第一表面与第二表面；一压电体，贴合在该承载体的该第一表面上；一第一声阻匹配层，具有隔着该第一声阻匹配层相对的第三表面与第四表面，该第三表面贴合在该承载体的该第二表面上，且该第一声阻匹配层中包含一具有开口的薄片，该第一声阻匹配层的厚度小于该超声波传感器的工作频率于该第一声阻匹配层中的波长的1/4，该薄片的开口总面积大于该第一声阻匹配层的该第三表面的面积的30％；以及，一第二声阻匹配层，设置在该第一声阻匹配层的该第四表面上。

技术领域

本实用新型涉及一种超声波传感器，尤其是一种包含双层声阻匹配层的超声波传感器。

背景技术

超声波传感器(ultrasonic transducer)可用于近距离的物体侦测，其通过发出的超声波碰撞到物体之后反射回来的时间差，可以计算出超声波传感器与待侦测物体之间的距离。对于超声波侦测而言，待侦测物体的类型与性质并不会受到太多的限制，包括各种表面颜色、透明度、硬度的固体、液体或粉体等，其都可以用超声波传感器来进行侦测。因此，现今超声波传感器已广泛应用在驻车雷达(parking sensor)、水平度侦测(levelsensor)、薄片层数侦测(multiple sheet detection)及流量侦测(flow meter)等方面。

超声波传感器的主要组成元件为压电陶瓷片(piezoceramics)，例如以锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)材料制作的陶瓷片，其双面会涂布导电层。在运作中施加高频交流电信号会让压电陶瓷产生高频率震动，该高频率震动是一种声波，如果此声波的频率落在超声波范围，即为超声波振动。然而，为了让所产生的超声波能从压电陶瓷传递到空气中，压电陶瓷的声阻(acoustic impedance)必须与空气的声阻匹配才行。

声阻(Z)＝材料密度(ρ)*超声波声速(C)，压电陶瓷的声阻约为30-35MRayl(106公斤/平方公尺·秒)，空气的声阻约为430Rayl(公斤/平方公尺·秒)，压电陶瓷的声阻与空气的声阻，有非常大的差距，导致压电陶瓷所产生的超声波能量无法传递到空气中。因此，声阻匹配层(matching layer)就成了超声波传感器中必要的部件，其会设置在压电陶瓷与空气之间，使得两者的声阻得以匹配，从而可有效地将超声波传递到空气中。用于空气传感器(air transducer)的匹配层的声阻，其最理想值为:√(35M*430)Rayl,约为0.12MRayl，但是自然界中很难找到声阻低于1MRayl而且又耐用的材料，一般业界常用的匹配层材料为高分子树脂与空心玻璃球混合成的复合材料，来达到较低的声阻特性，同时也具有较佳的耐候性及可靠度。

实用新型内容

为了让阅者对本实用新型有基本的了解，以下段落提出了本实用新型的简要说明。此概要并非是本实用新型内容详尽的综览，也并未意欲要表明本实用新型的所有关键或必要元件或是要限定本实用新型的保护范围，其目的仅在于对后续所将探讨的本实用新型的细节描述先以简化的形式提出其中的某些概念。

为了获得具有较宽带宽(broadbandwidth)效果的超声波传感器，本实用新型提出了一种具有双层的声阻匹配层以及薄片的结构设计的超声波传感器，其除了可以有效增加超声波传感器的带宽，还可以降低因应力产生的可靠性失效问题。

本实用新型其中一种方案提出一种超声波传感器，包含：一承载体，具有隔着该承载体相对的第一表面与第二表面；一压电体，贴合在所述承载体的所述第一表面上；一第一声阻匹配层，具有隔着所述第一声阻匹配层相对的第三表面与第四表面，所述第三表面贴合在所述承载体的所述第二表面上，且所述第一声阻匹配层中包含一具有开口的薄片，所述第一声阻匹配层的厚度小于所述超声波传感器的工作频率于所述第一声阻匹配层中的波长的1/4，所述薄片的开口总面积大于所述第一声阻匹配层的所述第三表面的面积的30％；以及，一第二声阻匹配层，设置在所述第一声阻匹配层的所述第四表面上。